RSS feeds
РусскийEnglish
Issue 9, 2026
Volume year page
Issues Authors PACS Subscription For authors

Issues

 / 

2009

 / 

June

←  →

Oral issue of the journal “Uspekhi Fizicheskikh Nauk”


Modeling of gas discharge plasma


Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences, ul. Izhorskaya 13/19, Moscow, 127412, Russian Federation

The condition for the self-maintenance of a gas discharge plasma (GDP) is derived from its ionization balance expressed in the Townsend form and may be used as a definition of a gas discharge plasma in its simplest form. The simple example of a gas discharge plasma in the positive column of a cylindrical discharge tube allows demonstrating a wide variety of possible GDP regimes, revealing a contradiction between simple models used to explain gas discharge regimes and the large number of real processes responsible for the self-maintenance of GDP. The variety of GDP processes also results in a stepwise change of plasma parameters and developing some instabilities as the voltage or discharge current is varied. As a consequence, new forms and new applications of gas discharge arise as technology progresses.

Fulltext pdf (586 KB)
video avi (49 MB)
Fulltext is also available at DOI: 10.3367/UFNe.0179.200906e.0591
PACS: 34.80.−i, 51.50.+v, 52.20.−j, 52.80.−s (all)
DOI: 10.3367/UFNe.0179.200906e.0591
URL: https://ufn.ru/en/articles/2009/6/e/
000271221900005
2-s2.0-70449348486
2009PhyU...52..559S
Citation: Smirnov B M "Modeling of gas discharge plasma" Phys. Usp. 52 559–571 (2009)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Оригинал: Смирнов Б М «Моделирование газоразрядной плазмы» УФН 179 591–604 (2009); DOI: 10.3367/UFNr.0179.200906e.0591

References (107) ↓ Cited by (31) Similar articles (3)

  1. Thomson J J Conduction Of Electricity Through Gases (Cambridge: Univ. Press, 1903)
  2. Townsend J S, Hurst H E Philos. Mag. 8 738 (1904)
  3. Townsend J S Electricity In Gases (Oxford: Clarendon Press, 1915)
  4. Townsend J S Motion Of Electrons In Gases (Oxford: Clarendon Press, 1925)
  5. Townsend J Electrons In Gases (London: Hutchinson’s Sci. Tech. Publ., 1947)
  6. Smirnov B M Physics Of Atoms And Ions (New York: Springer, 2003)
  7. Townsend J S Proc. R. Soc. London A 80 207 (1908)
  8. Townsend J S Proc. R. Soc. London A 81 464 (1908)
  9. Townsend J S, Bailey V A Philos. Mag. 43 593 (1922)
  10. Townsend J S, Bailey V A Philos. Mag. 44 1033 (1922)
  11. Townsend J S, Bailey V A Philos. Mag. 46 657 (1923)
  12. Townsend J S, Bailey V A Philos. Trans. A 193 129 (1899)
  13. Townsend J S, Bailey V A Philos. Trans. A 195 259 (1900)
  14. Huxley L G, Crompton R W, Elford M T Brit. J. Appl. Phys. 17 1237 (1966)
  15. Huxley L G, Crompton R W The Diffusion And Drift Of Electrons In Gases (New York: Wiley, 1974); Kh’?’?с’?’? ’’, ’Fр’?’?’?т’?’? ’i ’K’?ффу’?’?ya ’? ’?р’?’?ф э’?’?’?тр’?’?’?’? ’? ’?’?’?’?kh (’a.: ’a’?р, 1977)
  16. Einstein A Ann. Physik 17 549 (1905)
  17. Einstein A Ann. Physik 19 371 (1906)
  18. Engel A, Steenbeck M Elektrische Gasenladungen, Ihre Physik Und Technick (Berlin: J. Springer, 1932 - 1934); ’e’?’?’?’?ь ’B, Shт’?’?’?’?’? ’a ’s’?’?’?’?’? ’? т’?kh’?’?’?’? э’?’?’?тр’?ch’?с’?’?’?’? р’?’?рya’?’? ’? ’?’?’?’?kh (’a.-’’.: ’d’v’n’R, 1935)
  19. ’’’?’? ’’ ’G ’dс’?’?’?’?ы’? ’?р’?ts’?ссы э’?’?’?тр’?ch’?с’?’?kh р’?’?рya’?’?’? ’? ’?’?’?’?kh (’a.-’’.: ’I’R’n’n’’, 1950)
  20. Penning F M Electrical Discharges In Gases (New York: Macmillan, 1957); ’z’?’?’?’?’? ’s ’a ’e’?’?’?тр’?ch’?с’?’?’? р’?’?рya’?ы ’? ’?’?’?’?kh (’a.: ’R’’, 1960)
  21. Brown S C Basic Data Of Plasma Physics (Cambridge: Technol. Press of the M.I.T., 1959); ’Gр’?у’? ’l ’e’?’?’?’?’?т’?р’?ы’? ’?р’?ts’?ссы ’? ’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’?’?’? р’?’?рya’?’? (’a.: ’Bт’?’?’?’?’?’?т, 1961)
  22. Llewellyn-Jones F The Glow Discharge, An Introduction To Plasma Physics (London: Methuen, 1966)
  23. Hoyaux M F Arc Physics (Berlin: Springer, 1968)
  24. Engel A Ionized Gases (Oxford: Clarendon Press, 1955); ’e’?’?’?’?ь ’B ’R’?’?’?’?’?’?’?’?’?ы’? ’?’?’?ы (’a.: ’s’?’?’?’?т’?’?’?, 1959)
  25. ’Iр’?’?’?’?с’?’?’? ’E ’’ ’e’?’?’?тр’?ch’?с’?’?’? т’?’? ’? ’?’?’?’?. ’pст’?’?’?’?’?’?sh’?’?сya т’?’? (’z’?’? р’?’?. ’’ ’B ’l’?’?’?, ’E ’M ’I’?’?’?’?т’?) (’a.: ’v’?у’?’?, 1971)
  26. Nasser E Fundamentals Of Gaseous Ionization And Plasma Electronics (New York: Wiley-Intersci., 1971)
  27. ’B’?’?’?с’?’?’?р’?’? ’B ’s, ’iуkh’?’?’?’? ’B ’B ’s’?’?’?’?’? с’?’?ь’?’?т’?ch’?ыkh э’?’?’?тр’?р’?’?рya’?’?ыkh ’?ст’?ch’?’?’?’?’? с’?’?т’? (’a.: ’Bт’?’?’?’?’?’?т, 1976)
  28. Chapman B Glow Discharge Processes (New York: Wiley, 1980)
  29. ’i’?’?’?’?р Yu ’z ’s’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’?’?’? р’?’?рya’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1987); Raizer Yu P Gas Discharge Physics (Berlin: Springer-Verlag, 1991)
  30. Neumann W The Mechanism Of The Thermoemitting Arc Cathode (Berlin: Academie-Verlag, 1987)
  31. ’E’?’?’?kh’?’? ’M ’z, ’F’?’?’?’?’?’? ’B ’l, ’i’?kh’?’?’?’? ’B ’n ’s’?’?’?ch’?с’?’?’? ya’?’?’?’?’?ya ’? ’?’?’?’?р’?’?рya’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1987)
  32. ’a’?сyats ’I ’B, ’zр’?с’?ур’?’?с’?’?’? ’K ’R ’R’?’?у’?ьс’?ы’? э’?’?’?тр’?ch’?с’?’?’? р’?’?рya’? ’? ’?’?’?уу’?’? (’v’?’?’?с’?’?’?рс’?: ’v’?у’?’?, 1984); Mesyats G A, Proskurovsky D I Pulsed Electrical Discharges In Vacuum (Berlin: Springer-Verlag, 1989)
  33. ’l’?’?р’?’?’? ’G ’a ’I’?’?’?р’?’?рya’?’?’?ya ’?’?’?’?’?’? (’a.: ’a’s’n’R, 1992)
  34. Lagarkov A N, Rutkevich I M Ionization Waves In Electrical Breakdown In Gases (New York: Springer-Verlag, 1994)
  35. Lieberman M A, Lichtenberg A J Principles Of Plasma Discharges And Materials Processing (New York: Wiley, 1994)
  36. Raizer Y P, Shneider M N, Yatsenko N A Radio-Frequency Capacitive Discharges (Boca Raton: CRC Press, 1995)
  37. Korolev Yu D, Mesyats G A Physics Of Pulsed Breakdown In Gases (Ekaterinburg: URO Press, 1998)
  38. Debye P, Hückel E Phys. Z. 24 185 (1923)
  39. ’F’?yaрф’?’?ь’? ’G ’v, ’Iус’?’?’? ’’ ’I, ’z’?’?р’?’?с’?’?ya-’l’?’?’?’?’?’?’? ’B ’l Zh. Tekh. Fiz. 36 704 (1966); Klyarfel’d B N, Guseva L G, Pokrovskaya-Soboleva A S Sov. Phys. Tech. Phys. 11 520 (1966)
  40. Emeleus K G Z. Phys. 268 175 (1974)
  41. ’l’?’?’? ’’ ’B, ’iya’?’?’?ts’?’?’? ’d ’’ Zh. Tekh. Fiz. 48 1643 (1978); Sena L A, Ryazantseva O L Sov. Phys. Tech. Phys. 23 930 (1978)
  42. ’a’?’?’?kh’?’? ’E ’v, ’v’?у’?’?’? ’v Yu Zh. Tekh. Fiz. 54 1521 (1984); Melekhin V N, Naumov N Yu Sov. Phys. Tech. Phys. 29 888 (1984)
  43. Petrović Z Lj, Phelps A V Phys. Rev. E 47 2806 (1993)
  44. ’F’?’?’?’?’?’?’?ch ’R ’K, ’s’?’?’?т’?’? ’a ’B, Ts’?’?’?’?’? ’’ ’K Zh. Tekh. Fiz. 64 22 (1994); Kaganovich I D, Fedotov M A, Tsendin L D Tech. Phys. 39 241 (1994)
  45. Kolobov V I, Fiala A Phys. Rev. E 50 3018 (1994)
  46. Schottky W Phys. Z. 25 342 (1924)
  47. ’G’?’?’?р’?’?’? ’’ ’a, ’E’?р’?’?ь’?’? ’E ’l, Ya’?у’?’?’? ’R ’n Usp. Fiz. Nauk 128 233 (1979); Biberman L M, Vorob’ev V S, Yakubov I T Sov. Phys. Usp. 22 411 (1979)
  48. ’G’?’?’?р’?’?’? ’’ ’a, ’E’?р’?’?ь’?’? ’E ’l, Ya’?у’?’?’? ’R ’n ’F’?’?’?т’?’?’? ’?’?р’?’?’?’?’?’?с’?’?’? ’?’?’?’?’?т’?’?’?’?р’?тур’?’?’? ’?’?’?’?’?ы (’a.: ’v’?у’?’?, 1982); Biberman L M, Vorob’ev V S, Yakubov I T Kinetics Of Nonequilibrium Low-Temperature Plasmas (New York: Consultants Bureau, 1987)
  49. Boltzmann L Wien. Ber. 66 275 (1872)
  50. Lorentz H A The Theory Of Electrons (New York: Stechert, 1923)
  51. Fokker A D Ann. Physik 43 810 (1914)
  52. Planck M Preuß. Akad. Wiss. Phys. Mat. Kl. 324 (1917)
  53. Davydov B Phys. Z. Sowjetunion 9 433 (1936)
  54. ’Iур’?’?’?ch ’’ ’e ’dс’?’?’?ы ф’?’?’?ch’?с’?’?’? ’?’?’?’?т’?’?’? (’’.-’a.: ’I’R’n’n’’, 1940)
  55. ’’’?’?’?’?у ’’ ’K Zh. Eksp. Teor. Fiz. 7 203 (1937)
  56. Smirnov B M Principles Of Statistical Physics (Weinheim: Wiley-VCH, 2007)
  57. Pack J L et al. J. Appl. Phys. 71 5363 (1992)
  58. Druyvesteyn M J Physica 10 61 (1930)
  59. Druyvesteyn M J, Penning F M Rev. Mod. Phys. 12 87 (1940)
  60. Allis W P In Handbuch Der Physik Vol. 21 (Ed. S Flügge) (Berlin: Springer, 1956) p. 383
  61. Ramsauer C Ann. Physik 66 545 (1921)
  62. Ramsauer C Ann. Physik 72 345 (1923)
  63. Ramsauer C, Kollath R Ann. Physik 3 536 (1929)
  64. Dutton J J. Phys. Chem. Ref. Data 4 577 (1975)
  65. von Smit J A Physica 3 543 (1936)
  66. Loeb L B Fundamental Processes Of Electrical Discharge In Gases (New York: J. Wiley & Sons, 1939)
  67. Smirnov B M Physics Of Ionized Gases (New York: John Wiley, 2001)
  68. ’l’?’?р’?’?’? ’G ’a ’E’?’?’?уzh’?’?’?’?ы’? ’?т’?’?ы (’a.: ’e’?’?р’?’?’?’?’?’?т, 1982)
  69. ’F’?’?’?’?’?’?’?’? ’v ’G ’? с’?. Kh’?’?’?ya ’?’?’?’?’?ы Т. 12 (’z’?’? р’?’?. ’G ’a ’l’?’?р’?’?’?’?) (’a.: ’e’?’?р’?’?’?т’?’?’?’?’?’?т, 1985) с. 56
  70. Smirnov B M Reference Data On Atomic Physics And Atomic Processes (New York: Springer, 2008)
  71. Smirnov B M Plasma Processes And Plasma Kinetics (Berlin: Wiley-VCH, 2007)
  72. ’z’?’?т’?’?’?’? ’B ’B ’? ’?р. Zh. Tekh. Fiz. 76 (7) 22 (2006); Platonov A A et al. Tech. Phys. 51 841 (2006)
  73. ’Fу’?рya’?ts’?’? ’B ’B, ’a’?р’?’? ’B ’E, Ts’?’?’?’?’? ’’ ’K Zh. Tekh. Fiz. 78 (8) 71 (2008); Kudryavtsev A A , Morin A V, Tsendin L D Tech. Phys. 53 1029 (2008)
  74. Kruithof A A, Penning F M Physica 4 430 (1937)
  75. Kruithof A A, Druyvesteyn M J Physica 4 450 (1937)
  76. ’l’?’?р’?’?’? ’G ’a ’s’?’?’?’?’? с’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’? ’? ’?’?’?’?ch’?kh с р’?sh’?’?’?ya’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1978); Smirnov B M Physics Of Weakly Ionized Gases: Problems And Solutions (Moscow: Mir Publ., 1981)
  77. ’M’?’?ts’?’?’? ’B ’E, ’Fу’?’?’?’?’? ’E ’K Fiz. Plazmy 5 98 (1979); Eletskii A V, Kulagin V D Sov. J. Plasma Phys. 5 55 (1979)
  78. ’M’?’?ts’?’?’? ’B ’E, ’l’?’?р’?’?’? ’G ’a ’I’?’?’?’?ы’? ’?’?’?’?ры (’a.: ’Bт’?’?’?’?’?’?т, 1971)
  79. Eletskii A V, Smirnov B M J. Sov. Laser Res. 7 207 (1986)
  80. Elenbaas W The High Pressure Mercury Vapour Discharge (Amsterdam: North-Holland, 1951)
  81. ’G’?р’?’?’?’? ’E Yu, ’p’?ьya’?’?’? ’F ’v Zh. Tekh. Fiz. 39 249 (1969); Baranov V Yu, Ul’yanov K N Sov. Phys. Tech. Phys. 14 176 (1969); ’G’?р’?’?’?’? ’E Yu, ’p’?ьya’?’?’? ’F ’v Zh. Tekh. Fiz. 39 259 (1969); Baranov V Yu, Ul’yanov K N Sov. Phys. Tech. Phys. 14 183 (1969)
  82. ’i’?kh’?’?’?’? ’B ’n, ’p’?’?’?’?ch ’s ’i Dokl. Akad. Nauk SSSR 187 72 (1969); Rakhimov A T, Ulinich F R Sov. Phys. Dokl. 14 655 (1969)
  83. ’M’?’?ts’?’?’? ’B ’E, ’i’?kh’?’?’?’? ’B ’n Kh’?’?’?ya ’?’?’?’?’?ы Vol. 4 (’z’?’? р’?’?. ’G ’a ’l’?’?р’?’?’?’?) (’a.: ’Bт’?’?’?’?’?’?т, 1977) p. 123
  84. Pupp W Phys. Z. 33 844 (1932)
  85. Wojaczek K Beitr. Plasmaphys. 1 30 (1960)
  86. Wojaczek K Beitr. Plasmaphys. 6 319 (1966)
  87. ’v’?’?’?с’?’?с’?’? ’B ’E Usp. Fiz. Nauk 94 439 (1968); Nedospasov A B Sov. Phys. Usp. 11 174 (1968)
  88. ’z’?’?’?р’?’? ’’ Usp. Fiz. Nauk 94 463 (1968); Pekarek L Sov. Phys. Usp. 11 188 (1968)
  89. Ts’?’?’?’?’? ’’ ’K Zh. Tekh. Fiz. 40 1600 (1970); Tsendin L D Sov. Phys. Tech. Phys. 15 1245 (1971)
  90. ’v’?’?’?с’?’?с’?’? ’B ’E, Kh’?’?т ’E ’K ’F’?’?’?’?’?’?’?ya ’? ’?’?уст’?’?ch’?’?’?ст’? ’?’?’?’?’?т’?’?’?’?р’?тур’?’?’? ’?’?’?’?’?ы (’a.: ’v’?у’?’?, 1979)
  91. Ts’?’?’?’?’? ’’ ’K Zh. Tekh. Fiz. 52 635 (1982); Ts’?’?’?’?’? ’’ ’K Zh. Tekh. Fiz. 52 643 (1982)
  92. Golubovskii Yu B et al. Phys. Rev. E 63 036409 (2001)
  93. Golubovskii Yu B et al. Phys. Rev. E 72 026414 (2005)
  94. Kolobov V I J. Phys. D 39 R487 (2006)
  95. Bernstein I B, Holstein T Phys. Rev. 94 1475 (1954)
  96. Tsendin L D Plasma Sources Sci. Technol. 4 200 (1995)
  97. Kolobov V I, Godyak V A IEEE Trans. Plasma Sci. 23 503 (1995)
  98. Golubovskii Yu B et al. J. Phys. D 32 1391 (1999)
  99. ’v’?руsh’?’? ’d ’B ’? ’?р. ’z’?сь’?’? Zh’n’s 30 (3) 47 (2004); Nerushev O A et al. Tech. Phys. Lett. 30 106 (2004)
  100. ’v’?’?’?’?’?sh’?’? ’l ’B ’? ’?р. ’z’?сь’?’? Zh’n’s 33 (5) 25 (2007); Novopashin S A et al. Tech. Phys. Lett. 33 196 (2007)
  101. Novopashin S A, Radchenko V V, Sakharov S Z IEEE Trans. Plasma Sci. 36 998 (2008)
  102. Gunn J B Solid State Commun. 1 88 (1963)
  103. ’I’?’?’? ’Kzh Usp. Fiz. Nauk 89 147 (1966); Gunn J B "The Gunn effect" Int. Sci. Technol. (46) 43 (1965)
  104. ’F’?’?’?’?ts’?’? ’G ’G ’F’?’?’?’?’?т’?’?’?ы’? ya’?’?’?’?’?ya ’? ’?’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1988); Kadomtsev B B "Cooperative effects in plasmas" In Reviews Of Plasma Physics Vol. 22 (Ed. V D Shafranov) (New York: Kluwer Acad./Consultants Bureau, 2001) p. 1
  105. ’v’?ф’?’?’?’? ’B ’z, ’z’?тр’?’? ’d ’s, ’s’?рт’?’? ’E ’M Usp. Fiz. Nauk 167 1215 (1997); Nefedov A P, Petrov O F, Fortov V E Phys. Usp. 40 1163 (1997)
  106. ’s’?рт’?’? ’E ’M, Khр’?’?’?’? ’B ’I, Ya’?у’?’?’? ’R ’n ’s’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’?’?ь’?’?’? ’?’?’?’?’?ы (’a.: ’s’?’?’?’?т’?’?т, 2004)
  107. ’l’?’?р’?’?’? ’G ’a Usp. Fiz. Nauk 170 495 (2000); Smirnov B M Phys. Usp. 43 453 (2000)
© 1918–2026 Uspekhi Fizicheskikh Nauk
Email: ufn@ufn.ru Editorial office contacts About the journal Terms and conditions